Java IO 之 FileInputStream & FileOutputStream源碼分析一、引子二、FileInputStream源碼分析三、FileOutputStream 源碼分析四、使用案例五、思考與小結

檔案，作為常見的資料源。關于操作檔案的位元組流就是 — fileinputstream & fileoutputstream。它們是basic io位元組流中重要的實作類。

fileinputstream源碼如下：

<a href="http://www.bysocket.com/?p=611#">?</a>

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<code>/**</code>

<code> </code><code>* fileinputstream 從檔案系統的檔案中擷取輸入位元組流。檔案取決于主機系統。</code>

<code> </code><code>*  比如讀取圖檔等的原始位元組流。如果讀取字元流，考慮使用 filereader。</code>

<code> </code><code>*/</code>

<code>public</code> <code>class</code> <code>sfileinputstream</code><code>extends</code> <code>inputstream</code>

<code>{</code>

<code>    </code><code>/* 檔案描述符類---此處用于打開檔案的句柄 */</code>

<code>    </code><code>private final filedescriptor fd;</code>

<code>    </code><code>/* 引用檔案的路徑 */</code>

<code>    </code><code>private final string path;</code>

<code>    </code><code>/* 檔案通道，nio部分 */</code>

<code>    </code><code>private filechannel channel = null;</code>

<code>    </code><code>private final object closelock = new object();</code>

<code>    </code><code>private volatile boolean closed = false;</code>

<code>    </code><code>private static final threadlocal&lt;boolean&gt; runningfinalize =</code>

<code>        </code><code>new threadlocal&lt;&gt;();</code>

<code>    </code><code>private static boolean isrunningfinalize() {</code>

<code>        </code><code>boolean val;</code>

<code>        </code><code>if ((val = runningfinalize.get()) != null)</code>

<code>            </code><code>return val.booleanvalue();</code>

<code>        </code><code>return false;</code>

<code>    </code><code>}</code>

<code>    </code><code>/* 通過檔案路徑名來建立fileinputstream */</code>

<code>    </code><code>public fileinputstream(string name) throws filenotfoundexception {</code>

<code>        </code><code>this(name != null ? new file(name) : null);</code>

<code>    </code><code>/* 通過檔案來建立fileinputstream */</code>

<code>    </code><code>public fileinputstream(file file) throws filenotfoundexception {</code>

<code>        </code><code>string name = (file != null ? file.getpath() : null);</code>

<code>        </code><code>securitymanager security = system.getsecuritymanager();</code>

<code>        </code><code>if (security != null) {</code>

<code>            </code><code>security.checkread(name);</code>

<code>        </code><code>}</code>

<code>        </code><code>if (name == null) {</code>

<code>            </code><code>throw new nullpointerexception();</code>

<code>        </code><code>if (file.isinvalid()) {</code>

<code>            </code><code>throw new filenotfoundexception("invalid file path");</code>

<code>        </code><code>fd = new filedescriptor();</code>

<code>        </code><code>fd.incrementandgetusecount();</code>

<code>        </code><code>this.path = name;</code>

<code>        </code><code>open(name);</code>

<code>    </code><code>/* 通過檔案描述符類來建立fileinputstream */</code>

<code>    </code><code>public fileinputstream(filedescriptor fdobj) {</code>

<code>        </code><code>if (fdobj == null) {</code>

<code>            </code><code>security.checkread(fdobj);</code>

<code>        </code><code>fd = fdobj;</code>

<code>        </code><code>path = null;</code>

<code>    </code><code>/* 打開檔案，為了下一步讀取檔案内容。native方法 */</code>

<code>    </code><code>private native void open(string name) throws filenotfoundexception;</code>

<code>    </code><code>/* 從此輸入流中讀取一個資料位元組 */</code>

<code>    </code><code>public int read() throws ioexception {</code>

<code>        </code><code>object tracecontext = iotrace.filereadbegin(path);</code>

<code>        </code><code>int b = 0;</code>

<code>        </code><code>try {</code>

<code>            </code><code>b = read0();</code>

<code>        </code><code>} finally {</code>

<code>            </code><code>iotrace.filereadend(tracecontext, b == -1 ? 0 : 1);</code>

<code>        </code><code>return b;</code>

<code>    </code><code>/* 從此輸入流中讀取一個資料位元組。native方法 */</code>

<code>    </code><code>private native int read0() throws ioexception;</code>

<code>    </code><code>/* 從此輸入流中讀取多個位元組到byte數組中。native方法 */</code>

<code>    </code><code>private native int readbytes(byte b[], int off, int len) throws ioexception;</code>

<code>    </code><code>/* 從此輸入流中讀取多個位元組到byte數組中。 */</code>

<code>    </code><code>public int read(byte b[]) throws ioexception {</code>

<code>        </code><code>int bytesread = 0;</code>

<code>            </code><code>bytesread = readbytes(b, 0, b.length);</code>

<code>            </code><code>iotrace.filereadend(tracecontext, bytesread == -1 ? 0 : bytesread);</code>

<code>        </code><code>return bytesread;</code>

<code>    </code><code>/* 從此輸入流中讀取最多len個位元組到byte數組中。 */</code>

<code>    </code><code>public int read(byte b[], int off, int len) throws ioexception {</code>

<code>            </code><code>bytesread = readbytes(b, off, len);</code>

<code>    </code> 

<code>    </code><code>public native long skip(long n) throws ioexception;</code>

<code>    </code><code>/* 傳回下一次對此輸入流調用的方法可以不受阻塞地從此輸入流讀取（或跳過）的估計剩餘位元組數。 */</code>

<code>    </code><code>public native int available() throws ioexception;</code>

<code>    </code><code>/* 關閉此檔案輸入流并釋放與此流有關的所有系統資源。 */</code>

<code>    </code><code>public void close() throws ioexception {</code>

<code>        </code><code>synchronized (closelock) {</code>

<code>            </code><code>if (closed) {</code>

<code>                </code><code>return;</code>

<code>            </code><code>}</code>

<code>            </code><code>closed = true;</code>

<code>        </code><code>if (channel != null) {</code>

<code>           </code><code>fd.decrementandgetusecount();</code>

<code>           </code><code>channel.close();</code>

<code>        </code><code>int usecount = fd.decrementandgetusecount();</code>

<code>        </code><code>if ((usecount &lt;= 0) || !isrunningfinalize()) {</code>

<code>            </code><code>close0();</code>

<code>    </code><code>public final filedescriptor getfd() throws ioexception {</code>

<code>        </code><code>if (fd != null) return fd;</code>

<code>        </code><code>throw new ioexception();</code>

<code>    </code><code>/* 擷取此檔案輸入流的唯一filechannel對象 */</code>

<code>    </code><code>public</code> <code>filechannel getchannel() {</code>

<code>        </code><code>synchronized</code> <code>(</code><code>this</code><code>) {</code>

<code>            </code><code>if</code> <code>(channel ==</code><code>null</code><code>) {</code>

<code>                </code><code>channel = filechannelimpl.open(fd, path,</code><code>true</code><code>,</code><code>false</code><code>,</code><code>this</code><code>);</code>

<code>                </code><code>fd.incrementandgetusecount();</code>

<code>            </code><code>return</code> <code>channel;</code>

<code>    </code><code>private</code> <code>static</code> <code>native</code> <code>void</code> <code>initids();</code>

<code>    </code><code>private</code> <code>native</code> <code>void</code> <code>close0()</code><code>throws</code> <code>ioexception;</code>

<code>    </code><code>static</code> <code>{</code>

<code>        </code><code>initids();</code>

<code>    </code><code>protected</code> <code>void</code> <code>finalize()</code><code>throws</code> <code>ioexception {</code>

<code>        </code><code>if</code> <code>((fd !=</code><code>null</code><code>) &amp;&amp;  (fd != filedescriptor.in)) {</code>

<code>            </code><code>runningfinalize.set(boolean.true);</code>

<code>            </code><code>try</code> <code>{</code>

<code>                </code><code>close();</code>

<code>            </code><code>}</code><code>finally</code> <code>{</code>

<code>                </code><code>runningfinalize.set(boolean.false);</code>

<code>}</code>

1. 三個核心方法

三個核心方法，也就是override（重寫）了抽象類inputstream的read方法。

int read() 方法，即

<code>public</code> <code>int</code> <code>read()</code><code>throws</code> <code>ioexception</code>

代碼實作中很簡單，一個try中調用本地native的read0()方法，直接從檔案輸入流中讀取一個位元組。iotrace.filereadend(),字面意思是防止檔案沒有關閉讀的通道，導緻讀檔案失敗，一直開着讀的通道，會造成記憶體洩露。

int read(byte b[]) 方法，即

<code>public</code> <code>int</code> <code>read(</code><code>byte</code> <code>b[])</code><code>throws</code> <code>ioexception</code>

代碼實作也是比較簡單的，也是一個try中調用本地native的readbytes()方法，直接從檔案輸入流中讀取最多b.length個位元組到byte數組b中。

int read(byte b[], int off, int len) 方法，即

<code>public</code> <code>int</code> <code>read(</code><code>byte</code> <code>b[],</code><code>int</code> <code>off,</code><code>int</code> <code>len)</code><code>throws</code> <code>ioexception</code>

代碼實作和 int read(byte b[])方法 一樣，直接從檔案輸入流中讀取最多len個位元組到byte數組b中。

可是這裡有個問答： q： 為什麼 int read(byte b[]) 方法需要自己獨立實作呢？ 直接調用 int read(byte b[], int off, int len) 方法，即read(b , 0 , b.length)，等價于read(b)？ a：待完善，希望路過大神回答。。。。向下相容？？ finally？？

2. 值得一提的native方法

上面核心方法中為什麼實作簡單，因為工作量都在native方法裡面，即jvm裡面實作了。native倒是不少一一列舉吧：

native void open(string name) // 打開檔案，為了下一步讀取檔案内容 native int read0() // 從檔案輸入流中讀取一個位元組 native int readbytes(byte b[], int off, int len) // 從檔案輸入流中讀取，從off句柄開始的len個位元組，并存儲至b位元組數組内。 native void close0() // 關閉該檔案輸入流及涉及的資源，比如說如果該檔案輸入流的filechannel對被擷取後，需要對filechannel進行close。

其他還有值得一提的就是，在jdk1.4中，新增了nio包，優化了一些io處理的速度，是以在fileinputstream和fileoutputstream中新增了filechannel getchannel()的方法。即擷取與該檔案輸入流相關的 java.nio.channels.filechannel對象。

fileoutputstream 源碼如下：

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<code> </code><code>* 檔案輸入流是用于将資料寫入檔案或者檔案描述符類</code>

<code> </code><code>*  比如寫入圖檔等的原始位元組流。如果寫入字元流，考慮使用 filewriter。</code>

<code>public</code> <code>class</code> <code>sfileoutputstream</code><code>extends</code> <code>outputstream</code>

<code>    </code><code>/* 如果為 true，則将位元組寫入檔案末尾處，而不是寫入檔案開始處 */</code>

<code>    </code><code>private final boolean append;</code>

<code>    </code><code>/* 關聯的filechannel類，懶加載 */</code>

<code>    </code><code>private filechannel channel;</code>

<code>    </code><code>/* 通過檔案名建立檔案輸入流 */</code>

<code>    </code><code>public fileoutputstream(string name) throws filenotfoundexception {</code>

<code>        </code><code>this(name != null ? new file(name) : null, false);</code>

<code>    </code><code>/* 通過檔案名建立檔案輸入流，并确定檔案寫入起始處模式 */</code>

<code>    </code><code>public fileoutputstream(string name, boolean append)</code>

<code>        </code><code>throws filenotfoundexception</code>

<code>    </code><code>{</code>

<code>        </code><code>this(name != null ? new file(name) : null, append);</code>

<code>    </code><code>/* 通過檔案建立檔案輸入流，預設寫入檔案的開始處 */</code>

<code>    </code><code>public fileoutputstream(file file) throws filenotfoundexception {</code>

<code>        </code><code>this(file, false);</code>

<code>    </code><code>/* 通過檔案建立檔案輸入流，并确定檔案寫入起始處  */</code>

<code>    </code><code>public fileoutputstream(file file, boolean append)</code>

<code>            </code><code>security.checkwrite(name);</code>

<code>        </code><code>this.fd = new filedescriptor();</code>

<code>        </code><code>this.append = append;</code>

<code>        </code><code>open(name, append);</code>

<code>    </code><code>/* 通過檔案描述符類建立檔案輸入流 */</code>

<code>    </code><code>public fileoutputstream(filedescriptor fdobj) {</code>

<code>            </code><code>security.checkwrite(fdobj);</code>

<code>        </code><code>this.fd = fdobj;</code>

<code>        </code><code>this.path = null;</code>

<code>        </code><code>this.append = false;</code>

<code>    </code><code>/* 打開檔案，并确定檔案寫入起始處模式 */</code>

<code>    </code><code>private native void open(string name, boolean append)</code>

<code>        </code><code>throws filenotfoundexception;</code>

<code>    </code><code>/* 将指定的位元組b寫入到該檔案輸入流，并指定檔案寫入起始處模式 */</code>

<code>    </code><code>private native void write(int b, boolean append) throws ioexception;</code>

<code>    </code><code>/* 将指定的位元組b寫入到該檔案輸入流 */</code>

<code>    </code><code>public void write(int b) throws ioexception {</code>

<code>        </code><code>object tracecontext = iotrace.filewritebegin(path);</code>

<code>        </code><code>int byteswritten = 0;</code>

<code>            </code><code>write(b, append);</code>

<code>            </code><code>byteswritten = 1;</code>

<code>            </code><code>iotrace.filewriteend(tracecontext, byteswritten);</code>

<code>    </code><code>/* 将指定的位元組數組寫入該檔案輸入流，并指定檔案寫入起始處模式 */</code>

<code>    </code><code>private native void writebytes(byte b[], int off, int len, boolean append)</code>

<code>        </code><code>throws ioexception;</code>

<code>    </code><code>/* 将指定的位元組數組b寫入該檔案輸入流 */</code>

<code>    </code><code>public void write(byte b[]) throws ioexception {</code>

<code>            </code><code>writebytes(b, 0, b.length, append);</code>

<code>            </code><code>byteswritten = b.length;</code>

<code>    </code><code>/* 将指定len長度的位元組數組b寫入該檔案輸入流 */</code>

<code>    </code><code>public void write(byte b[], int off, int len) throws ioexception {</code>

<code>            </code><code>writebytes(b, off, len, append);</code>

<code>            </code><code>byteswritten = len;</code>

<code>    </code><code>/* 關閉此檔案輸出流并釋放與此流有關的所有系統資源 */</code>

<code>    </code><code>public</code> <code>void</code> <code>close()</code><code>throws</code> <code>ioexception {</code>

<code>        </code><code>synchronized</code> <code>(closelock) {</code>

<code>            </code><code>if</code> <code>(closed) {</code>

<code>                </code><code>return</code><code>;</code>

<code>            </code><code>closed =</code><code>true</code><code>;</code>

<code>        </code><code>if</code> <code>(channel !=</code><code>null</code><code>) {</code>

<code>            </code><code>fd.decrementandgetusecount();</code>

<code>            </code><code>channel.close();</code>

<code>        </code><code>int</code> <code>usecount = fd.decrementandgetusecount();</code>

<code>        </code><code>if</code> <code>((usecount &lt;=</code><code>0</code><code>) || !isrunningfinalize()) {</code>

<code>     </code><code>public</code> <code>final</code> <code>filedescriptor getfd() </code><code>throws</code> <code>ioexception {</code>

<code>        </code><code>if</code> <code>(fd !=</code><code>null</code><code>)</code><code>return</code> <code>fd;</code>

<code>        </code><code>throw</code> <code>new</code> <code>ioexception();</code>

<code>     </code><code>}</code>

<code>                </code><code>channel = filechannelimpl.open(fd, path,</code><code>false</code><code>,</code><code>true</code><code>, append,</code><code>this</code><code>);</code>

<code>        </code><code>if</code> <code>(fd !=</code><code>null</code><code>) {</code>

<code>            </code><code>if</code> <code>(fd == filedescriptor.out || fd == filedescriptor.err) {</code>

<code>                </code><code>flush();</code>

<code>            </code><code>}</code><code>else</code> <code>{</code>

<code>                </code><code>runningfinalize.set(boolean.true);</code>

<code>                </code><code>try</code> <code>{</code>

<code>                    </code><code>close();</code>

<code>                </code><code>}</code><code>finally</code> <code>{</code>

<code>                    </code><code>runningfinalize.set(boolean.false);</code>

<code>                </code><code>}</code>

三個核心方法，也就是override（重寫）了抽象類outputstream的write方法。

void write(int b) 方法，即

<code>public</code> <code>void</code> <code>write(</code><code>int</code> <code>b)</code><code>throws</code> <code>ioexception</code>

代碼實作中很簡單，一個try中調用本地native的write()方法，直接将指定的位元組b寫入檔案輸出流。iotrace.filereadend()的意思和上面fileinputstream意思一緻。

void write(byte b[]) 方法，即

<code>public</code> <code>void</code> <code>write(</code><code>byte</code> <code>b[])</code><code>throws</code> <code>ioexception</code>

代碼實作也是比較簡單的，也是一個try中調用本地native的writebytes()方法，直接将指定的位元組數組寫入該檔案輸入流。

void write(byte b[], int off, int len) 方法，即

<code>public</code> <code>void</code> <code>write(</code><code>byte</code> <code>b[],</code><code>int</code> <code>off,</code><code>int</code> <code>len)</code><code>throws</code> <code>ioexception</code>

代碼實作和 void write(byte b[]) 方法 一樣，直接将指定的位元組數組寫入該檔案輸入流。

native void write(int b, boolean append) // 直接将指定的位元組b寫入檔案輸出流 native native void writebytes(byte b[], int off, int len, boolean append) // 直接将指定的位元組數組寫入該檔案輸入流。

相似之處：

其實到這裡，該想一想。兩個源碼實作很相似，而且native方法也很相似。其實不能說“相似”，應該以“對應”來概括它們。 它們是一組，是一根吸管的兩個孔的關系：“一個input一個output”。 休息一下吧~ 看看小廣告：

下面先看代碼：

<code>package</code> <code>org.javacore.io;</code>

<code>import</code> <code>java.io.file;</code>

<code>import</code> <code>java.io.fileinputstream;</code>

<code>import</code> <code>java.io.fileoutputstream;</code>

<code>import</code> <code>java.io.ioexception;</code>

<code>/*</code>

<code> </code><code>* copyright [2015] [jeff lee]</code>

<code> </code><code>*</code>

<code> </code><code>* licensed under the apache license, version 2.0 (the "license");</code>

<code> </code><code>* you may not use this file except in compliance with the license.</code>

<code> </code><code>* you may obtain a copy of the license at</code>

<code> </code><code>* unless required by applicable law or agreed to in writing, software</code>

<code> </code><code>* distributed under the license is distributed on an "as is" basis,</code>

<code> </code><code>* without warranties or conditions of any kind, either express or implied.</code>

<code> </code><code>* see the license for the specific language governing permissions and</code>

<code> </code><code>* limitations under the license.</code>

<code> </code><code>* @author jeff lee</code>

<code> </code><code>* @since 2015-10-8 20:06:03</code>

<code> </code><code>* fileinputstream&amp;fileoutputstream使用案例</code>

<code>public</code> <code>class</code> <code>fileiostreamt {</code>

<code>    </code><code>private</code> <code>static</code> <code>final</code> <code>string thisfilepath =</code>

<code>            </code><code>"src"</code> <code>+ file.separator +</code>

<code>            </code><code>"org"</code> <code>+ file.separator +</code>

<code>            </code><code>"javacore"</code> <code>+ file.separator +</code>

<code>            </code><code>"io"</code> <code>+ file.separator +</code>

<code>            </code><code>"fileiostreamt.java"</code><code>;</code>

<code>    </code><code>public</code> <code>static</code> <code>void</code> <code>main(string[] args)</code><code>throws</code> <code>ioexception {</code>

<code>        </code><code>// 建立檔案輸入流</code>

<code>        </code><code>fileinputstream fileinputstream =</code><code>new</code> <code>fileinputstream(thisfilepath);</code>

<code>        </code><code>// 建立檔案輸出流</code>

<code>        </code><code>fileoutputstream fileoutputstream = </code><code>new</code> <code>fileoutputstream(</code><code>"data.txt"</code><code>);</code>

<code>        </code> 

<code>        </code><code>// 建立流的最大位元組數組</code>

<code>        </code><code>byte</code><code>[] inoutbytes =</code><code>new</code> <code>byte</code><code>[fileinputstream.available()];</code>

<code>        </code><code>// 将檔案輸入流讀取，儲存至inoutbytes數組</code>

<code>        </code><code>fileinputstream.read(inoutbytes);</code>

<code>        </code><code>// 将inoutbytes數組，寫出到data.txt檔案中</code>

<code>        </code><code>fileoutputstream.write(inoutbytes);</code>

<code>        </code><code>fileoutputstream.close();</code>

<code>        </code><code>fileinputstream.close();</code>

運作後，會發現根目錄中出現了一個“data.txt”檔案，内容為上面的代碼。

1. 簡單地分析下源碼：

1、建立了fileinputstream，讀取該代碼檔案為檔案輸入流。 2、建立了fileoutputstream，作為檔案輸出流，輸出至data.txt檔案。 3、針對流的位元組數組，一個 read ，一個write，完成讀取和寫入。 4、關閉流

2. 代碼調用的流程如圖所示：

3. 代碼雖簡單，但是有點小問題：

fileinputstream.available() 是傳回流中的估計剩餘位元組數。是以一般不會用此方法。 一般做法，比如建立一個 byte數組，大小1k。然後read至其傳回值不為-1，一直讀取即可。邊讀邊寫。

fileinputstream &amp; fileoutputstream 是一對來自 inputstream和outputstream的實作類。用于本地檔案讀寫（二進制格式按順序讀寫）。

本文小結：

1、fileinputstream 源碼分析 2、fileoutputstream 資源分析 3、fileinputstream &amp; fileoutputstream 使用案例 4、其源碼調用過程